Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung für einen Laserscanner mit mindestens einer Laserlichtquelle zur Erzeugung von mindestens einem Laserlichtstrahlenbündel, wobei das Laserlichtstrahlenbündel rotierend abgestrahlt wird.The invention relates to a transmission device for a laser scanner with at least oneLaser light source for generating at least one laser light beam, whereinthe laser light beam is emitted rotating.
Eine derartige, aus dem Stand der Technik bekannte Sendeeinrichtung für einen Laserscanner ist inFig. 1 der Zeichnung dargestellt. Diese bekannte Sendeeinrichtung weist eine Laserlichtquelle1 auf, die über eine Sendelinse2 auf einen Drehspiegel3 abgebildet wird, wobei dann von dem Drehspiegel3 das Laserlichtstrahlenbündel4 abgestrahlt wird. Durch die Rotation des Drehspiegels3 wird das Laserlichtstrahlenbündel4 rotierend abgestrahlt. Der Drehspiegel3 wird dabei von einem Motor5 in Drehung versetzt. Die Winkelstellung des Drehspiegels3 wird über einen Sensor6 und ein auf einer Welle7 des Drehspiegels3 angeordnetes Coderad8 erfaßt.Such a transmission device for a laser scanner known from the prior art is shown inFIG. 1 of the drawing. This known transmitting device has a laser light source1 , which is imaged on a rotating mirror3 via a transmitting lens2 , the laser light beam4 then being emitted by the rotating mirror3 . By rotating the rotating mirror3 , the laser light beam4 is radiated from rotating. The rotating mirror3 is set in rotation by a motor5 . The win kelstellung the rotary mirror3 is detected by a sensor6 and a arranged on a shaft7 of the rotary mirror3 code wheel8 .
Das rotierend abgestrahlte Laserlichtstrahlenbündel4 wird an Gegenständen in der Umgebung beispielsweise eines Kraftfahrzeuges reflektiert und von dem Drehspiegel3 über eine Empfangslinse9 auf eine Empfangsdiode10 abgebildet. Das hierbei erfaßte Sichtfeld des bekannten Laserscanners umfaßt die Projektion der Fläche des Drehspiegels in Senderichtung abzüglich des durch die Laserlichtquelle1 und die Sendelinse2 abgedeckten Mittelbereiches der Empfangslinse9.The rotatingly emitted laser light beam4 is reflected on objects in the environment, for example of a motor vehicle, and is imaged by the rotating mirror3 via a receiving lens9 onto a receiving diode10 . The field of view of the known laser scanner recorded in this case comprises the projection of the surface of the rotating mirror in the direction minus the central area of the receiving lens9 covered by the laser light source1 and the transmitting lens2 .
Problematisch ist bei der bekannten Sendeeinrichtung für einen Laserscanner, daß die Lichtstärke des abgestrahlten Laserlichtstrahlenbündels mit kreisförmigem Querschnitt aus Gründen der Augensicherheit nicht weiter erhöht werden kann, so daß die Reichweite bzw. Empfindlichkeit des Laserscanners nicht durch eine Erhöhung der Lichtstärke verbessert werden kann, da der Querschnitt des Laserlichtstrahlenbündels nicht beliebig vergrößert werden kann - ein größerer Querschnitt würde nämlich zu Lasten des Empfangsquerschnitts gehen.The problem with the known transmission device for a laser scanner is that theLuminous intensity of the emitted laser light beam with a circular cross sectionfor reasons of eye safety can not be increased, so that the rangeor sensitivity of the laser scanner not by increasing the light intensitycan be improved since the cross section of the laser light beam does not ver arbitrarilycan be enlarged - a larger cross-section would be at the expense of receptioncross section.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sendeeinrichtung für einen Laserscanner zur Verfügung zu stellen, mit der bei gewährleisteter Augensicherheit und möglichst unverändertem oder verbessertem Empfangsquerschnitt eine höhere Lichtstärke und damit eine verbesserte Empfindlichkeit zu gewährleisten ist.The present invention is based on the prior art described aboveThe task is based, a transmitter for a laser scanner availablewith the provided eye safety and as unchanged as possible orimproved reception cross-section a higher light intensity and thus an improvedTo ensure sensitivity.
Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß das Laserlichtstrahlenbündel ein vertikal aufgeweitetes Strahlprofil aufweist, das vorzugsweise strichförmig ausgebildet ist. Zur Sicherstellung der Augensicherheit einer Laserlichtquelle wird die Energieeinstrahlung auf eine kreisförmige Fläche eines Durchmessers gemessen, der im wesentlichen dem Durchmesser der menschlichen Augenpupille entspricht. Durch die vertikale Aufweitung des Strahlprofils ist eine höhere Lichtstärke bei gleichbleibender Augensicherheit und damit höhere Reichweite bzw. bessere Empfindlichkeit eines Laserscanners mit der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung gewährleistet.According to the invention, the previously derived and shown object is achieved in thatthe laser light beam has a vertically widened beam profile, which is preferredis formed like a line. To ensure the eye safety of a laserThe light source is the energy radiation on a circular surface of one diametermeasured, which corresponds essentially to the diameter of the human eye pupilspeaks. Due to the vertical expansion of the beam profile, a higher light intensity isconstant eye safety and thus greater range or better sensitivityguaranteed a laser scanner with the transmitter device according to the invention.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Laserlichtstrahlenbündel in vertikaler Richtung Abmessungen deutlich über 7 mm auf. Durch diese in vertikaler Richtung deutlich größeren Abmessungen des Laserlichtstrahlenbündels ist gewährleistet, daß insgesamt eine höhere Lichtleistung abgestrahlt werden kann, ohne die Augensicherheit zu gefährden. Diese höhere Lichtleistung führt wiederum zu einer Verbesserung der Reichweite eines Laserscanners.According to a further embodiment, the laser light beam has a vertical oneDirection dimensions well over 7 mm. Through this in the vertical directionLich larger dimensions of the laser light beam ensures that in totaltogether with a higher light output can be emitted without increasing eye safetyendanger. This higher light output in turn leads to an improvement in the realmrange of a laser scanner.
Dadurch, daß gemäß einer alternativen oder kumulativen Ausgestaltung der soeben beschriebenen Maßnahme das Laserlichtstrahlenbündel in horizontaler Richtung Abmessungen deutlich unter 7 mm aufweist ist gewährleistet, daß bei gleicher Lichtleistung eine höhere Auflösung in horizontaler Richtung bei vergrößertem Empfangsquerschnitt erzielt wird.The fact that according to an alternative or cumulative embodiment of the just bemeasure the laser light beam in the horizontal directionSolutions well below 7 mm ensures that with the same light output ahigher resolution in the horizontal direction with an enlarged reception cross-section achievedbecomes.
Ein Laserlichtstrahlenbündel mit einem erfindungsgemäß vertikal aufgeweiteten Strahlprofil wird besonders vorteilhaft dadurch hergestellt, daß eine Mehrzahl von Laserlichtquellen in Richtung der Rotationsachse des Laserlichtstrahlenbündels nebeneinander angeordnet sind und die Laserlichtquellen um die Rotationsachse rotieren. Hierdurch wird ein Licht streifen erzeugt, der bei gewährleisteter Augensicherheit eine höhere Reichweite und eine verbesserte horizontale Auflösung ermöglicht.A laser light beam with a vertically widened beam according to the inventionfil is produced particularly advantageously in that a plurality of laser light sourcesarranged side by side in the direction of the axis of rotation of the laser light beamand the laser light sources rotate around the axis of rotation. This will be a light creates stripes that, with guaranteed eye safety, a longer range and aimproved horizontal resolution.
Die Anordnung einer Mehrzahl von Laserlichtquellen nebeneinander läßt sich dadurch besonders einfach herstellen, daß die Laserlichtquellen als separate Laserdioden oder Enden von Lichtwellenleitern ausgebildet sind.The arrangement of a plurality of laser light sources next to each other can be doneproduce particularly easily that the laser light sources as separate laser diodes orEnds of optical fibers are formed.
Eine gezielte Variation des Abstrahlwinkels des Laserlichtstrahlenbündels dadurch, daß die optischen Hauptachsen der Laserlichtquellen einen Winkel abweichend von 0° einschließen, führt zu einem größeren vertikalen Abtastbereich, der insbesondere beim Einsatz von Laserscannern im Fahrzeugbau gewünscht ist, um den Einfluß von Nickbewegungen des Fahrzeugs zu minimieren.A targeted variation of the beam angle of the laser light beam in thatthe main optical axes of the laser light sources form an angle deviating from 0 °close, leads to a larger vertical scanning range, which is particularly important when switching onset of laser scanners in vehicle construction is desired to avoid the influence of pitchingto minimize the vehicle's
Die aus dem Stand der Technik bekannte Sendeeinrichtung ist über die beschriebenen Probleme hinaus dahingehend problematisch, daß aufgrund des relativ großen Abstands zwischen der Laserlichtquelle und der inneren bzw. äußeren Oberfläche eines transparenten Gehäuses bei Verschmutzungen des Gehäuses hohe Reflektionsanteile entstehen. Diese Reflektionsanteile werden gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch stark reduziert, daß die Laserlichtquellen in geringem Abstand zu der inneren Oberfläche eines transparenten Gehäuses angeordnet sind.The transmission device known from the prior art is about the describedProblems further problematic in that due to the relatively large distancebetween the laser light source and the inner or outer surface of a transpaannuity housing, if the housing is contaminated, there are high levels of reflection.According to a particularly advantageous embodiment of the reflection componentsInvention greatly reduced in that the laser light sources at a short distance from theinner surface of a transparent housing are arranged.
Alternativ zu der beschriebenen Nebeneinanderanordnung von Laserlichtquellen kann ein Laserlichtstrahlenbündel mit einem erfindungsgemäß vertikal aufgeweitetem Strahlprofil auch dadurch hergestellt werden, daß die Laserlichtquelle einen in einem Laserlichtstrahl angeordneten Parabolspiegel und eine das vom Parabolspiegel reflektierte Laserlicht parallelisierende Prismenstruktur aufweist.As an alternative to the side-by-side arrangement of laser light sources described, aLaser light beam bundle with a beam profile that is expanded vertically according to the inventioncan also be produced in that the laser light source is in a laser light beamarranged parabolic mirror and a laser light reflected by the parabolic mirror parhas allelizing prism structure.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Sendeeinrichtung für einen Laserscanner auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtFig. 2 eine Seitenansicht eines Laserscanners mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung,There are now a multitude of options for designing and developing the transmitter device according to the invention for a laser scanner. For this purpose, for example, reference is made, on the one hand, to the claims subordinate to claim 1, on the other hand, to the description of various exemplary embodiments in conjunction with the drawing. In the drawing,Fig. 2 shows a side view of a laser scanner with a first embodiment of a transmitting device according to the invention,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Laserscanners mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung,Fig. 3 is a side view of a laser scanner with a second Ausführungsbei play a transmitting device according to the invention,
Fig. 4 eine Vorderansicht eines Laserscanners mit dem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung,Fig. 4 is a front view of a laser scanner with the second embodiment of a transmitting device according to the invention,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung für einen Laserscanner,Fig. 5 is a schematic representation of a third embodiment of a transmitting device OF INVENTION to the invention for a laser scanner,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Laserscanners mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung.Fig. 6 is a side view of a laser scanner with a fourth embodiment of a transmission device according to the invention.
Bei den in denFig. 2 bis 6 dargestellten Laserscannern, die verschiedene Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Sendeeinrichtung aufweisen, werden für übereinstimmende Bauteile die bereits inFig. 1 verwendeten Bezugszeichen verwendet.In the laser scanners shown inFIGS. 2 to 6, which have different execution examples for a transmission device according to the invention, the reference numerals already used inFIG. 1 are used for matching components.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sendeeinrichtung für einen Laserscanner mit insgesamt sieben Laserlichtquellen1 zur Erzeugung eines rotierend abgestrahlten, hier nicht ausdrücklich dargestellten Laserlichtstrahlenbündels. Dadurch, daß bei diesem ersten Ausführungsbeispiel insgesamt sieben Laserlichtquellen der Rotationsachse der Welle7 und damit des Laserlichtstrahlenbündels nebeneinander angeordnet sind wird erfindungsgemäß ein vertikal aufgeweitetes Strahlprofil des Laserlichtstrahlenbündels erzielt. Die Laserlichtquellen1, hier als Laserdioden ausgebildet, sind an einer Fahne11 angebracht. Die Fahne11 stützt sich wiederum am oberen Rand des Drehspiegels3 und etwa in der Mitte der Welle7 ab.Fig. 2 shows a first embodiment of a transmitting device for a laser scanner with a total of seven laser light sources emitted1 rotatingly for generating a laser light beam not explicitly shown here. The fact that in this first exemplary embodiment a total of seven laser light sources of the axis of rotation of the shaft7 and thus of the laser light beam are arranged side by side, a vertically widened beam profile of the laser light beam is achieved according to the invention. The laser light sources1 , here designed as laser diodes, are attached to a flag11 . The flag11 is in turn supported on the upper edge of the rotating mirror3 and approximately in the middle of the shaft7 .
Dadurch, daß die Laserlichtquelle nicht auf der Rotationsachse des Drehspiegels angeordnet ist, ist es möglich, die Welle7 über die gesamte Höhe des Laserscanners zu erstrecken, so daß für die Welle7 zwei Lagerpunkte, einerseits der Motor5 andererseits ein gesondertes Lager12, zur Verfügung stehen.Characterized in that the laser light source is not arranged on the axis of rotation of the rotating mirror, it is possible to extend the shaft7 over the entire height of the laser scanner, so that for the shaft7 two bearing points, on the one hand the motor5 and on the other hand a separate bearing12 , be available.
Anders als bei dem bekannten Stand der Technik, ist bei dem inFig. 2 dargestellten Laserscanner keine Empfangslinse sondern ein Parabolspiegel zur Abbildung des aus der Umgebung und vom Drehspiegel3 reflektierten Lichts vorgesehen. Dieser feststehende Parabolspiegel13 bildet beim dargestellten Ausführungsbeispiel das reflektierte Licht auf einen zweiten Parabolspiegel14 ab, der schließlich die Abbildung auf die Empfangsdiode10 vollzieht.In contrast to the known state of the art, in the laser scanner shown inFIG. 2 there is no receiving lens but a parabolic mirror for imaging the light reflected from the surroundings and from the rotating mirror3 . In the exemplary embodiment shown, this fixed parabolic mirror13 images the reflected light onto a second parabolic mirror14 , which finally carries out the imaging onto the receiving diode10 .
Bei dem inFig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Laserlichtquellen1 an der Fahne11 in geringem Abstand zur inneren Oberfläche des transparenten Gehäuses15 angeordnet, so daß auch bei Verschmutzung der Außenseite des transparenten Gehäuses15 geringe Reflektionen des gesendeten Laserlichts erfolgen. Zur verbesserten Bündelung des von den als Laserdioden ausgebildeten Laserlichtquellen imitierten Lichts kann das emittierte Laserlicht noch durch Kugellinsen oder sogenannte selbstfokussierende Linsen, nicht im einzelnen dargestellt, gebündelt werden.In the embodiment shown inFIG. 2, the laser light sources1 are arranged on the flag11 at a short distance from the inner surface of the transparent housing15 , so that15 small reflections of the transmitted laser light occur even when the outside of the transparent housing15 is contaminated. To improve the bundling of the light imitated by the laser light sources designed as laser diodes, the emitted laser light can also be bundled by spherical lenses or so-called self-focusing lenses, not shown in detail.
Die als Laserdioden ausgebildeten Laserlichtquellen1 des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung werden über zumindest teilweise in der Welle7 verlaufende elektrische Verbindungen16 mit elektrischer Energie versorgt.The laser light sources1 , embodied as laser diodes, of the first exemplary embodiment of a transmission device according to the invention are supplied with electrical energy via electrical connections16 running at least partially in the shaft7 .
InFig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung für Laserscanner dargestellt, bei dem wiederum sieben als Enden von Lichtwellenleitern17 ausgeführte Laserlichtquellen1 in Richtung der Rotationsachse der Welle7 nebeneinander angeordnet sind. Die Lichtwellenleiter17 werden vor dem Drehspiegel3 gebündelt und durch den Drehspiegel3 hindurch in die hohl ausgeführte Welle7 geführt und enden am unteren Ende18 der Welle7. In diese Enden der Lichtwellenleiter17 wird von einer zentralen, feststehenden Laserdiode19 Laserlicht eingespeist.InFig. 3, a second embodiment of a transmission device according to the invention for laser scanners is shown, in which in turn seven laser light sources1 designed as ends of optical waveguides17 are arranged next to each other in the direction of the axis of rotation of the shaft7 . The optical waveguides17 are bundled in front of the rotating mirror3 and guided through the rotating mirror3 into the hollow shaft7 and end at the lower end18 of the shaft7 . Laser light is fed into these ends of the optical waveguides17 by a central, fixed laser diode19 .
Auch bei dem inFig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die Enden der Lichtwellenleiter17 an einer Fahne11 befestigt, die bei diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig die Empfangsdiode10 trägt.In the second exemplary embodiment shown inFIG. 3, too, the ends of the optical waveguides17 are fastened to a flag11 , which in this exemplary embodiment also carries the receiving diode10 .
InFig. 4 ist der Laserscanner mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung in einer Vorderansicht gezeigt, aus der die Anordnung der La serlichtquellen1 in Richtung der Rotationsachse des Laserlichtstrahlenbündels nebeneinander nochmals besonders deutlich wird.InFig. 4, the laser scanner with a second embodiment of the transmitter device according to the invention is shown in a front view, from which the arrangement of the laser light sources1 in the direction of the axis of rotation of the laser light beam next to one another is particularly clear once again.
Die Ausführung der Laserlichtquellen1 bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel als Laserdioden bzw. Enden von Lichtwellenleitern ist ohne weiteres wechselweise austauschbar.The design of the laser light sources1 in the first and second exemplary embodiments as laser diodes or ends of optical fibers is readily interchangeable.
Bei dem inFig. 5 schematisch dargestellten dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung für einen Laserscanner ist innerhalb der Welle7 ein Lichtwellenleiter20 angeordnet, der über eine selbstfokussierende Linse21 - auch als "Selfoc-Linse" bezeichnet - Laserlicht auf einen außenverspiegelten Parabolspiegel22 leitet, der dieses Laserlicht auf einen Winkel von etwa 90° aufgefächert rotierend abstrahlt. Dieser aufgefächerte Strahl wird anschließend von einer Prismenanordnung23 wieder parallelisiert, wobei die Prismenanordnung23 beispielsweise in ihren äußeren Bereichen23,24 kleine Reflektoren, in ihren mittleren Bereichen26,27 Prismen und ihrem inneren Bereich28 Fresnelstrukturen aufweist.In the third exemplary embodiment of a transmitting device for a laser scanner according to the invention, shown schematically inFIG. 5, a light waveguide20 is arranged within the shaft7 , which via a self-focusing lens21 - also referred to as a "selfoc lens" - laser light onto an externally mirrored parabolic mirror22 conducts, which radiates this laser light fanned out at an angle of about 90 ° rotating. This fanned beam is then again Siert paralleli of a prism assembly23, wherein the prism assembly23, in their central regions26,27 prisms and an inner portion having Fresnel structures28, for example, in their outer portions23,24 small reflectors.
Fig. 6 zeigt schließlich ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung, daß sich von den bisher beschriebenen Sendeeinrichtungen dadurch unterscheidet, daß zwei, nicht im einzelnen dargestellte Laserlichtstrahlenbündel von zwei Anordnungen von Laserlichtquellen1 erzeugt werden. Beide Laserlichtstrahlenbündel stehen bei dem dargestellten vierten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 180° zueinander. Die Anordnung der Laserlichtquellen erfolgt, wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel derart, daß diese in einer Mehrzahl in Richtung der Rotationsachse des Laserlichtstrahlenbündels nebeneinander angeordnet sind und daß die Laserlichtquellen1 um die Rotationsachse rotieren.Fig. 6 finally shows a fourth embodiment of a transmission device according to the invention that differs from the previously described transmission devices in that two laser light beams, not shown in detail, of two orders of laser light sources1 are generated. In the fourth exemplary embodiment shown, both laser light beams are at an angle of 180 ° to one another. The arrangement of the laser light sources takes place, as in the first and second embodiment, in such a way that they are arranged in a plurality in the direction of the axis of rotation of the laser light beam and that the laser light sources1 rotate about the axis of rotation.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird das von Gegenständen in der Umgebung des Laserscanners reflektierte Licht von einem beidseitig verspiegelten Drehspiegel3 auf jeweils einen Parabolspiegel13 und anschließend eine Empfangsdiode10 abgebildet. Diese Ausgestaltung des vierten Ausführungsbeispiels ermöglicht bei gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehspiegels3 eine doppelte Abtastrate des Laserscanners.In the fourth exemplary embodiment, the light reflected by objects in the vicinity of the laser scanner is imaged by a rotating mirror3, mirrored on both sides, onto a parabolic mirror13 and then a receiving diode10 . The se embodiment of the fourth embodiment enables a double scanning rate of the laser scanner at the same rotational speed of the rotating mirror3 .
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